一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法、装置及系统，所述方法包括，采集风机的转速，判断所述风机的转速是否达到下限值；当所述风机的转速达到下限值时，在所述风机的转速不变的条件下，将所述风机的输出功率调整至一功率固定值，所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的；保持所述输出功率不变，并将所述风机的转速调整至一跟踪转速，所述跟踪转速是根据所述功率固定值确定的；根据最大功率点跟踪曲线，将所述风机的转速恢复至所述风速对应的稳态工作点下的风机转速。

Speed recovery method, device and system for double fed wind power virtual synchronous machine

The invention provides a speed recovery method, device and system for a doubly fed wind power virtual synchronous machine. The method comprises collecting the rotational speed of the fan, judging whether the rotational speed of the fan reaches the lower limit value, and transferring the fan under the condition that the rotational speed of the fan remains unchanged when the rotational speed of the fan reaches the lower limit value. The output power is adjusted to a fixed power value, which is calculated according to the wind speed and the wind wheel angular frequency when the rotational speed of the fan reaches the lower limit; the output power is kept unchanged, and the rotational speed of the fan is adjusted to a tracking rotational speed, which is determined according to the fixed power value. According to the maximum power point tracking curve, the rotational speed of the fan is restored to the rotational speed of the fan at the steady operating point corresponding to the wind speed.

【技术实现步骤摘要】
一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法、装置及系统
本专利技术涉及双馈风机领域，尤指一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法、装置及系统。
技术介绍
随着传统能源的日益枯竭和环境问题的日益加剧，以光伏、风电为代表的新能源发电技术发展迅猛，而双馈风机在其中占到了相当大的比例。由于双馈风机采用异步发电机，其输出功率与电网频率和电压几乎不存在耦合，故难以为电网提供必要的频率和电压支撑。随着双馈风机在电网中渗透率的不断提高，迫切要求双馈风机具备与传统同步发电机类似的调频调压能力，虚拟同步机(VirtualSynchronousGenerator,VSG)技术提供了一种解决方案。为了保证风电运行的经济性，工程实用的双馈风机虚拟同步机(简称风机)均采用不预留备用容量的方法；当电网发生频率扰动事件时，通过释放部分转子动能为电网提供短时有功功率支撑。双馈风机均设有转速下限保护，在风电调频过程中当风机转速下跌到较低值时，风机必须退出调频并逐渐将转速提升到初始值。在风机退出调频的瞬间，风机输出电磁功率将大幅跌落，造成系统频率的二次跌落。当风机调频策略不当时，频率二次跌落问题会非常严重，甚至远大于系统频率一次跌落的深度。目前在工程应用中当双馈风机虚拟同步机退出调频时，风机电磁功率按照当前转速在MPPT(最大功率点跟踪)曲线上对应的功率值给定，电磁功率会瞬间大幅度跌落，造成严重的频率二次跌落问题。一些文献中提出了风机退出调频时改善二次跌落的方法，分别从风电单机和场站两方面入手。单机方面，一些学者提出了基于功率跟踪曲线切换的惯性控制策略，通过在转速恢复过程中不断修正跟踪曲线比例系数，使得电磁功率基本维持在调频前的水平。此方法无法为系统提供必要的一次调频，实现方法复杂，需在线实时修正系数，不易工程实现。一些文献提出转速延迟恢复方法，恢复过程中不断计算有功参考值，改善频率特性；然而，此方法需要实时准确测量风速作为算法的输入信号。场站方面，部分文献提出在风场送出端配置一定容量的储能，从而补偿转速恢复过程中风机出力的跌落；该方法可有效提高风电调频性能，但大大提高了系统的成本。另有学者提出风场内不同风机之间的协同控制，充分利用风机间出力的差异，合理配置风机退出调频的时机；然而，此方法需要场站级的中央控制器，且需要高速通讯网络保证场站和单机之间的信息交互。可见，现有技术和方法均存在成本高、实现难、可靠性低的特性，无法在工程中大规模推广应用。
技术实现思路
针对风机退出调频时出现严重的频率二次跌落，现有技术成本高、实现难及可靠性低的问题，为了解决这些问题，本专利技术实施例提供一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法、装置及系统，所述方法包括，采集风机的转速，判断所述风机的转速是否达到下限值；当所述风机的转速达到下限值时，在所述风机的转速不变的条件下，将所述风机的输出功率调整至一功率固定值，所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的；保持所述输出功率不变，并将所述风机的转速调整至一跟踪转速，所述跟踪转速是根据所述功率固定值确定的；根据最大功率点跟踪曲线，将所述风机的转速恢复至所述风速对应的稳态工作点下的风机转速。本专利技术实施例还提供一种双馈风电虚拟同步机转速恢复装置，所述装置包括，采集模块，用于采集风机的转速，判断所述风机的转速是否达到下限值；功率调整模块，用于当所述风机的转速达到下限值时，在所述风机的转速不变的条件下，将所述风机的输出功率调整至一功率固定值；所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的；转速调整模块，用于保持所述输出功率不变，并将所述风机的转速调整至一跟踪转速，所述跟踪转速是根据所述功率固定值确定的；转速恢复模块，用于根据最大功率点跟踪曲线，将所述风机的转速恢复至所述风速对应的稳态工作点下的风机转速。本专利技术实施例还提供一种双馈风电虚拟同步机转速恢复系统，所述系统包括主控单元、变流器控制单元、变流器与双馈电机；所述主控单元采集风机转速，判断所述风机转速是否达到下限值；当所述风机转速达到下限值时，所述主控单元将根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的功率固定值，输出到所述变流器控制单元；所述变流器控制单元根据所述功率固定值，输出开关指令至所述变流器，控制所述变流器的输出电流值；所述双馈电机根据所述输出电流值，调整所述双馈电机的电磁功率至所述功率固定值，使得所述风机转速升至一跟踪转速；所述主控单元根据最大功率点跟踪曲线得到一功率参考值，并将所述功率参考值输出到所述变流器控制单元，使得所述风机转速升至所述风速对应的稳态工作点下的风机转速。本专利技术通过采用改变风机输出功率的方式，大幅度改善了传统转速恢复方法带来的严重的频率二次跌落问题，在不增加设备成本的条件下，为风电虚拟同步机技术的进一步推广应用提供了有力的支持，由此达到成本低且易工程实现的解决了频率二次跌落问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1A及图1B为现有技术中MPPT转速恢复方式的仿真图；图2为本专利技术实施例一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法的流程图；图3为本专利技术实施例一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法的原理示意图；图4为本专利技术实施例一种双馈风电虚拟同步机转速恢复装置的结构示意图；图5为本专利技术实施例一种双馈风电虚拟同步机转速恢复系统的结构示意图；图6A与图6B为本专利技术实施例一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法的仿真图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法、装置及系统。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图1A及图1B所示为现有技术中MPPT转速恢复方式的仿真图，图1A中显示了双馈风机装机占比20％的电网中发生4％的负荷扰动时系统的频率特性。图1B显示了为风电(风机电磁功率)调频的两个阶段，即惯性支撑阶段和转速恢复阶段。惯性支撑阶段电磁功率增发，风机转速不断下降，风机输入机械功率随之下降。当风机转速达到设定的下限时，如果采用现有的MPPT曲线恢复方式，则电磁功率瞬间跌落到MPPT跟踪曲线上当前转速对应的功率值，随后转速和电磁功率逐渐恢复。从图1A中可见，风电采用MPPT曲线恢复方式进行调频与风电不调频相比，虽然能一定程度减小频率一次跌落的深度，却造成严重的二次跌落。如图2所示为本专利技术实施例一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法的流程图，所述方法包括，S1，采集风机的转速，判断所述风机的转速是否达到下限值；S2，当所述风机的转速达到下限值时，在所述风机的转速不变的条件下，将所述风机的输出功率调整至一功率固定值，所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的；S3，保持所述输出功率不变，并将所述风机的转速调整至一跟踪转速，所述跟本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法，其特征在于，所述方法包括，采集风机的转速，判断所述风机的转速是否达到下限值；当所述风机的转速达到下限值时，在所述风机的转速不变的条件下，将所述风机的输出功率调整至一功率固定值，所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的；保持所述输出功率不变，并将所述风机的转速调整至一跟踪转速，所述跟踪转速是根据所述功率固定值确定的；根据最大功率点跟踪曲线，将所述风机的转速恢复至所述风速对应的稳态工作点下的风机转速。

【技术特征摘要】
1.一种双馈风电虚拟同步机转速恢复方法，其特征在于，所述方法包括，采集风机的转速，判断所述风机的转速是否达到下限值；当所述风机的转速达到下限值时，在所述风机的转速不变的条件下，将所述风机的输出功率调整至一功率固定值，所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的；保持所述输出功率不变，并将所述风机的转速调整至一跟踪转速，所述跟踪转速是根据所述功率固定值确定的；根据最大功率点跟踪曲线，将所述风机的转速恢复至所述风速对应的稳态工作点下的风机转速。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的包括，根据如下公式计算叶尖速比λ：其中，ω为风轮角频率，υ为风速，R为风轮半径；根据如下公式计算机械功率Pm：其中，CP(λ,β)为风能利用系数，是叶尖速比λ和桨距角β的函数，ρ为空气密度，s为风轮扫风面积；根据如下公式计算得到功率固定值P2，P2＝Pm-ΔP2其中，ΔP2为功率固定值增量，ΔP2＞0。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述跟踪转速是根据所述功率固定值确定的包括，根据所述最大功率点跟踪曲线，所述功率固定值所对应的转速为所述跟踪转速。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述采集风机的转速之前，所述方法还包括，控制所述风机启动调频，以使所述风机的输出功率上升。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，当所述风机的转速达到下限值时，控制所述风机退出调频。6.一种双馈风电虚拟同步机转速恢复装置，其特征在于，所述装置包括，采集模块，用于采集风机的转速，判断所述风机的转速是否达到下限值；功率调整模块，用于当所述风机的转速达到下限值时，在所述风机的转速不变的条件下，将所述风机的输出功率调整至一功率固定值；所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的；转速调整模块，用于保持所述输出功率不变，并将所述风机的转速调整至一跟踪转速，所述跟踪转速是根据所述功率固定值确定的；转速恢复模块，用于根据最大功率点跟踪曲线，将所述风机的转速恢复至所述风速对应的稳态工作点下的风机转速。7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述功率固定值是根据所述风机的转速达到下限值时的风速与风轮角频率计算得到的包括，根据如下公式计算叶尖速比λ：其中，ω为风轮角频率，υ为风速，R为风轮半径；根据如下公式计算机械功率Pm：其中，CP(λ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王晓声，田博，葛俊，宋鹏，刘辉，崔阳，李智，孙大卫，程雪坤，巩宇，
申请(专利权)人：华北电力科学研究院有限责任公司，国网冀北电力有限公司电力科学研究院，国网冀北电力有限公司，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11